高周波CMOS

WiFi 802.11gトランシーバーとして使用されるRF CMOSチップ、Broadcom BCM2050KMLGのダイショット。^{[1]インダクタ[2]} 、トランス、バラン^[3]として機能する八角形のような螺旋状の構造に注目してください。^{[4] [5]}

Marvell 88W8010 WiFi 802.11gトランシーバーのダイショット。八角形と四角形、そして螺旋状の構造を持ち、インダクタとしても使用できます。^[6]

RF CMOSは、金属酸化膜半導体（MOS）集積回路（IC）技術であり、無線周波数（RF）、アナログ、デジタルの電子機器をミックスドシグナル CMOS（相補型MOS）RF回路チップに統合します。^{[7] [8]}これは、携帯電話ネットワーク、Bluetooth、Wi-Fi、GPS受信機、放送、車両通信システム、すべての最新の携帯電話および無線ネットワークデバイスの無線トランシーバーなど、現代の無線 通信で広く使用されています。 RF CMOS技術は、1980年代後半から1990年代初頭にかけてUCLAでパキスタンのエンジニアであるアサド・アリ・アビディによって開発され、無線通信にデジタル信号処理を導入することで無線革命の実現に貢献しました。 RF CMOSデバイスの開発と設計は、 1960年代初頭に発表され、1990年代までほとんど忘れ去られていたファンデルジールのFET RFノイズモデルによって可能になりました。^{[9] [10] [11] [12]}

歴史

Asad Ali Abidi は、 1980 年代後半から 1990 年代初頭にかけてUCLAで RF CMOS テクノロジを開発しました。

パキスタン人技術者のアサド・アリ・アビディは、1980年代から1990年代にかけてベル研究所、続いてUCLAで働きながら、金属酸化膜半導体（MOS）技術による無線研究の先駆者となり、相補型MOS（CMOS）スイッチト・キャパシタ（SC）技術に基づく無線アーキテクチャに重要な貢献をした。^[13] 1980年代初頭、ベルで働きながら、彼はサブミクロンMOSFET（MOS電界効果トランジスタ）VLSI（超大規模集積回路）技術の開発に携わり、高速通信回路におけるサブミクロンNMOS集積回路（IC）技術の可能性を実証した。アビディの研究は当初、当時高速通信回路の主流技術であったGaAsおよびバイポーラ接合トランジスタの支持者から懐疑的な見方をされた。 1985年にカリフォルニア大学ロサンゼルス校（UCLA）に着任し、1980年代後半から1990年代初頭にかけてRF CMOS技術の先駆者として活躍しました。彼の研究は、RF回路の設計手法を、個別バイポーラトランジスタからCMOS集積回路へと大きく変革しました。^[14]

アビディは、 1980年代後半から1990年代前半にかけて、UCLAで信号処理と通信用のアナログCMOS回路を研究していました。 ^[14]アビディは、UCLAの同僚であるJ.チャンとマイケル・ガイタンと共に、1993年に初のRF CMOS増幅器を実証しました^{。[15] [16] 1995年に、アビディはCMOSスイッチト・キャパシタ技術を使用して、}デジタル通信用の最初のダイレクトコンバージョン・トランシーバーを実証しました。^[13] 1990年代後半には、携帯電話が広く普及し始め、 RF CMOS技術はワイヤレス・ネットワーキングで広く採用されました。 ^{[14]これにより、RF回路の設計方法が変わり、}無線トランシーバーの個別バイポーラ・トランジスタがCMOS集積回路に置き換えられました。^[14]

20世紀末にかけて、電気通信産業は急速に成長しました。これは主に、低コストの超大規模集積回路（VLSI）RF CMOS技術の開発を背景に、無線通信にデジタル信号処理が導入されたことによります。 ^[17]これにより、高度で低コスト、かつ携帯性に優れたエンドユーザー端末が実現し、様々な無線通信システム向けに小型、低コスト、低消費電力、かつ携帯可能なユニットが誕生しました。これにより「いつでもどこでも」通信が可能になり、ワイヤレス革命の促進に寄与し、ワイヤレス産業の急速な成長につながりました。^[18]

2000年代初頭には、100GHz以上の周波数範囲に対応するディープサブミクロンMOSFETを搭載したRF CMOSチップが実証されました。^[19] 2008年現在、すべての無線ネットワークデバイスと現代の携帯電話の無線トランシーバーは、RF CMOSデバイスとして量産されています。^{[14] [アップデート]}

アプリケーション

ESP32は、RF CMOS とデジタル ロジックを組み合わせたチップの例です。この場合、画像の大部分を覆う電力供給層の下に隠れている 1 つまたは 2 つのプロセッサ コアです。

現代のあらゆる無線ネットワーク機器や携帯電話に搭載されているベースバンドプロセッサ^{[20] [21]}と無線トランシーバは、 RF CMOSデバイスを使用して量産されています。^[14] RF CMOS回路は、衛星技術（GPSやGPS受信機を含む）、Bluetooth、Wi-Fi、近距離無線通信（NFC）、モバイルネットワーク（ 3Gや4Gなど）、地上波放送、自動車レーダーアプリケーションなど、さまざまなアプリケーションで無線信号の送受信に広く使用されています。^[22]

市販のRF CMOSチップの例としては、IntelのDECTコードレス電話や、Atherosなどの企業が作成した802.11（Wi-Fi ）チップなどがあります。 ^[23]市販のRF CMOS製品は、Bluetoothや無線LAN（WLAN）ネットワークにも使用されています。^{[24] RF CMOSは、} GSM 、Wi-Fi、Bluetoothなどの無線規格の無線トランシーバー、3Gなどのモバイルネットワークのトランシーバー、無線センサーネットワーク（WSN）のリモートユニットにも使用されています。 ^[25]

RF CMOS技術は、無線ネットワークやモバイル通信機器を含む現代の無線通信に不可欠です。RF CMOS技術を商用化した企業の一つがインフィニオンです。同社のバルクCMOS RFスイッチは年間10億個以上を販売しており、 2018年時点で 累計50億個に達しています。^{[26] [アップデート]}

商用の実用的なソフトウェア無線（SDR）は、単一のMOS ICチップ上にソフトウェア無線システム全体を実装できるRF CMOSによって可能になりました。^{[27] [28] [29]} RF CMOSは2000年代にSDRの実装に使用され始めました。^[28]

一般的な用途

RF CMOS は、次のような多くの一般的なアプリケーションで広く使用されています。

• アナログ-デジタル変換器（ADC）^{[27] [30]} —シグマデルタ（ΣΔ）変調^[27]
• 自動車エレクトロニクス-先進運転支援システム（ADAS）^{[31] [32]} 自動車安全アプリケーション、 運転効率、車線逸脱警報システム（LDWS）、脆弱な道路利用者（VRU）検出、^[32] 運転支援、後部乗員検出（ROD）、後部乗員警報（ROA）^[30] 波形発生器^[33]
  • 自動車前方側方衝突回避システム、狭路支援システム、側方衝突回避システム、渋滞支援システム、^[34] アダプティブクルーズコントロール（ACC）、^{[32] [30] [34]} 自動緊急ブレーキ（AEB）^{[32] [34]}
  • 車後方側方ブラインドスポット検知（BSD）、後方プリクラッシュ^[34] 、車線変更支援（LCA）^{[32] [34]}
  • クロストラフィックアシスト（CTA）技術 -後方クロストラフィックアラート（RCTA）^{[32] [30]}前方クロストラフィックアラート（FTCA）^[30]
  • 駐車場-自動駐車、自動駐車システム（APS）、自動駐車、^[32] 駐車支援（PA）、^[30] 駐車センサー（超音波センサー）^[33]
  • 交通衝突技術 -衝突回避システム（CAS）、衝突検知、衝突警告・ブレーキ支援、衝突軽減回避システム^[32]
  • 車両ブラインドスポット技術 -ブラインドスポット検出（BSD）、ブラインドスポットモニタリング（BSM）、後方横断交通警報（RCTA）^{[32] [30]}
  • 車両通信システム-車車間（V2V）通信と車車間通信（V2X）通信^[29]
• 放送技術 -地上放送^[22]
  • ラジオ放送-デジタルラジオ、HDラジオ、デジタルオーディオ放送（DAB）、デジタルラジオモンディアル（DRM）^[29]
• モバイルデバイス
  • モバイルネットワーク^{[22] [14]} —グローバルシステムモバイルコミュニケーションズ（GSM）^{[25] [15]} 3G、^{[22] [25]} 4G、^[22] 5G ^[31]
  • 携帯電話^[14]
  • スマートフォン-携帯電話モデム（ベースバンド）、RFトランシーバー、無線通信チップ（Wi-Fi、Bluetooth、GPS）^[35]
• 無線技術^[14] —無線周波数（RF）技術^[31] 無線受信機、送信機、^[30] ソフトウェア無線（SDR）^{[27] [28] [29]} 広帯域^[28]
  • ベースバンドプロセッサ^{[20] [21]}
  • ミリ波（mmW）アプリケーション^[31]
  • レーダー技術^[32] —車載レーダー、^{[22] [31] [29]} レーダートランシーバー、イメージングレーダー、超解像（SR）イメージング、360°認識レーダーコクーニング、^[32]コクーンレーダー、周波数変調連続波（FMCW）レーダー、^[30]コーナーレーダー機能、レーダートラッカー^[33]
  • トランシーバー^[15] —無線トランシーバー、^{[14] [15]} RFトランシーバー、^{[35] [31]} セルラートランシーバー^[15]
• センサー-レーダーセンサー、^[32] 無線センサーネットワーク（WSN）^[25]
• システムオンチップ（SoC）^{[15] [31]}
• 通信
  • デジタル拡張コードレス通信（DECT）^[23]
  • モノのインターネット(IoT) —ナローバンドIoT、Cat-M1 ^[31]
  • 衛星通信^{[31] [15]} —全地球測位システム（GPS）^[22] GPS受信機^[15]
  • 近距離デバイス^[31] — Bluetooth、^{[22] [24] [25]} Bluetooth Low Energy (BLE)、IEEE 802.15.4、^[31] IEEE 802.11、^[23] Wi-Fi ^{[22] [25] [31]}
  • 無線ネットワーク-無線ネットワークデバイス、^[14] 無線ローカルエリアネットワーク（WLAN）、^{[24] [15]} 広域ネットワーク（WAN）、^[31]モバイルネットワーク^{[22] [14]}
  • 無線技術^{[14] [15]} — 無線通信、^[14] バックホール、^[31] 近距離無線通信（NFC）^[22]
• 電圧制御発振器（VCO） - 低位相雑音VCO ^[30]

参照

• デジタル電話
• 電気通信の歴史
• LDMOS
• ミックスドシグナル集積回路
• MOS集積回路
• パワーMOSFET
• 無線周波数工学
• RFモジュール
• RFパワーアンプ
• RFIC
• 半導体デバイスの製造

参考文献

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